La enseñanza y el aprendizaje de las ciencias[1]

Juan Bernardino Marques Barrio[2]

Las teorías son los hilos tendidos para capturar eso que llamamos “mundo”, para racionalizarlo, explicarlo y dominarlo. (K. Popper)

1. La Investigación Educativa

La idea de que la educación puede contribuir al progreso, tiene sus raíces que se remontan a finales del siglo XVIII y principios del XIX con las aportaciones de Rousseau (1712-1778), Pestalozzi (1746-1827), Herbart (1776-1841) y Frobel (1782-1852), cuando se sientan las bases empíricas de la educación. Además, con el racionalismo se inicia la idea de una pedagogía científica, donde las corrientes filosóficas: Positivismo de Comte (1778-1857), el Sociologismo de Durkheim (1858-1917), el Pragmatismo de James (1840-1910) y el Experimentalismo de Dewey (1859-1952), tienen una decisiva influencia en la forma de concebir los fenómenos educativos.

En siglo XIX, la investigación pedagógica de carácter empírico nace con las obras de Cournot en 1851 (Ensayo sobre los fundamentos de nuestros conocimientos) y de Bain en 1879 (Educación como Ciencia), y los fenómenos educativos desde una perspectiva experimental aparecen con las obras de Lay y Meumann en 1905. La primera mitad del siglo XX tiene la preocupación por asentar la educación sobre bases empíricas e introducir el método experimental.

En los años sesenta del siglo veinte, se incorpora una metodología didáctica que se asemeja a la concepción inductista del método científico, se seleccionan contenidos científicos actualizados y “coherentes” con la lógica interna de cada disciplina, y se desarrollan competencias conceptuales, procedimentales y actitudinales de los alumnos. En los setenta, el debate epistemológico hace que la investigación educativa se arraigue aún más en el ámbito estatal y que se torne más madura metodológicamente, ampliando sus contenidos temáticos. En la década de los ochenta, la situación de la investigación educativa se caracteriza por:

1.    Marcadas diferencias entre países en cuanto a su nivel.

2.    La ampliación de las cuestiones abordadas.

3.    Su alta calidad, tanto en el plano teórico cuanto en sus métodos y técnicas, lo que repercute en la práctica.

4.    Un status que alcanza un nivel de calidad comparable al de otras áreas.

5.    El reconocimiento de que ningún paradigma de investigación puede contestar adecuadamente a todos los interrogantes planteados en el ámbito educativo.

En este contexto, la expresión investigación educativa se ha constituido en una categoría conceptual amplia en el estudio y análisis de la educación que trata de cuestiones y problemas relativos a la naturaleza, la epistemología, la metodología, los fines y objetivos en el marco de la búsqueda progresiva de conocimiento en el ámbito educativo. Son múltiples los significados que puede asumir esta expresión, dependiendo de los objetivos y finalidades, pudiéndose reconocer tantas interpretaciones o concepciones como tradiciones científicas existan. En realidad, el concepto de esta expresión no tiene un marco claro y definido para delimitar lo que puede considerarse propiamente como investigación educativa, en virtud de la peculiaridad de los fenómenos que estudia, la multiplicidad de los métodos que utiliza y la pluralidad de los fines y objetivos que se persiguen.

Una posible forma de acercarnos a este concepto puede que sea a partir de los diferentes paradigmas, que se nos pueden plantear. Si por paradigma entendemos el esquema teórico, o la forma de percibir y comprender el mundo, el paradigma adoptado condiciona los procedimientos de estudio que se sigan en las investigaciones ya que cada uno de ellos mantiene una concepción diferente de “lo que es” la investigación, o mejor: Cómo, qué y para qué investigar. En la investigación educativa la gran mayoría de los autores han definido e identificado tres grandes marcos de referencia:

1. Paradigma positivista (cuantitativo, empírico-analítico, racionalista)– considera a la educación como parte del mundo natural y aspira, básicamente, a encontrar las leyes que rigen los procesos educativos y las teorías que guíen la práctica educativa. Así, la investigación educativa equivale a investigación científica aplicada a la educación, debiendo ceñirse estrictamente al método científico, adoptando el método standard de las ciencias naturales como el ideal.

2. Paradigma interpretativo (cualitativo, fenomenológico, humanista)– se cuestiona que el comportamiento de los sujetos esté gobernado por leyes generales y se concibe la educación como acción intencionada, global y contextualizada, regida por reglas personales y sociales y no por leyes científicas. Bajo esta perspectiva, la investigación educativa busca interpretar y comprender los fenómenos educativos, más que aportar explicaciones de tipo causal, a través de la comprensión de la conducta humana desde los significados e intenciones de los sujetos que intervienen en el proceso.

3. Paradigma sociocrítico – cuestiona la supuesta neutralidad científica y de la investigación, introduciendo la ideología de forma explícita y la autorreflexión de forma crítica en los procesos del conocimiento. Inicialmente Horkheimer, Adorno y Marcuse, en la llamada primera “Escuela de Frankfurt” y más tarde en la segunda escuela Habermas y discípulos como, Freire, Carr y Kemmis, entre muchos otros, aspiran a transformar la sociedad sobre la base de una concepción democrática del conocimiento y de los procesos que los generan mediante la participación activa de las personas implicadas.

En la tabla que se sigue Arnal, Rincón y Latorre (1992) sintetizan las características de los paradigmas de investigación, con relación a diferentes dimensiones.

Tabla 1. – Síntesis de las características de los paradigmas de investigación.

Fuente: Arnal, Rincón y Latorre (1992)

2. La educación en ciencias[3]

Durante las décadas de los cincuenta y sesenta, el panorama de las disciplinas que “enseñan” las ciencias estaba aparentemente claro: conceptos, métodos y objetivos que parecían fáciles de establecer. La teoría dominante en la enseñanza era la conductista o “behaviorista”, que tuvo a Skinner como su mayor defensor, y se creía que la enseñanza consistía en presentar un adecuado estímulo al alumno, de forma que éste genera una determinada respuesta, y con la repetición en el tiempo se produce el enlace entre estímulo y respuesta. La enseñanza consistía en seleccionar convenientemente los estímulos para que generasen las respuestas.

El positivismo era la filosofía predominante desde finales del siglo XIX, y después de la II Guerra Mundial, con el crecimiento de la investigación científica, se prometía “una vida más plena y más productiva”. A la vez, en función del desarrollo económico, político y educativo, las necesidades sociales de enseñar bien las ciencias a todos con la finalidad de dar apoyo y hacer posible el crecimiento científico y tecnológico de los países anglosajones en los años futuros, favorecieron la consolidación de la enseñanza de las ciencias como componente básico de unas humanidades modernas. Langevin afirma que este crecimiento se da “...en reconocimiento del papel jugado por las ciencias en la liberación de los espíritus y en la afirmación de los Derechos Humanos”.

El crecimiento científico y tecnológico llevan a principios de los años setenta a las grandes propuestas para enseñanza de las ciencias, dando origen al movimiento de reformas curriculares, que no es solo en ciencias, sino en todas las áreas del conocimiento, y a una reforma del sistema educativo. Aparecen, entre otros, grandes proyectos tipo: Biological Science Currículo Study (BSCS); Physical Science Study Comité (PSSC); Chemical Study group (CHEM). Esta “moda” se propagó llegando, además de las escuelas y universidades, a los órganos ministeriales y organizaciones internacionales como la UNESCO. La mayoría de las propuestas preocupadas con los objetivos de la enseñanza de las ciencias son agrupadas por títulos genéricos como: “Educación en ciencias para la ciudadanía”, “Ciencia, Tecnología y Sociedad”, “Educación Ambiental”, “Alfabetización científica”.

Además, en los años 70 llega la crisis económica y política de los países occidentales que se pone de manifiesto tanto en el plano social como en el filosófico-epistemológico. Crisis esta que también se manifiesta en el rechazo de los alumnos hacia el aprendizaje de los conocimientos científicos.

Tampoco es difícil atribuir este rechazo a la orientación dada a la enseñanza de las ciencias y a la necesidad de su innovación. Si el interés dominante en el principio era el desarrollo de “actitudes científicas”, después lo es la creación de “actitudes positivas hacia la ciencia”. Además de los nuevos proyectos curriculares, las presiones externas originadas por los cambios políticos y/o económicos, acaban influyendo en la finalidad y en la forma de enseñar ciencias.

La visión de los positivistas és duramente criticado por autores como Popper, Toulmin, Kuhn, Feyerabend, Lakatos, generándose una nueva filosofía de la ciencia. De acuerdo con esta filosofía, las observaciones no pueden ser objetivas, ya que están condicionadas por el marco teórico del científico con el cual este observa e investiga, e incluso está subordinada a los valores sociales vigentes. Se procura sustituir las “verdades probadas” por “verdades por consenso”, línea esta en que la producción del conocimiento es considerada desde una perspectiva sociológica y la racionalidad científica tiene una definición más global. Esta discusión filosófica sobre el paradigma conceptual tiene su influencia directa en la enseñanza de las ciencias y en la estructura cognoscitiva del alumno.

En las décadas de los sesenta y setenta, la investigación experimental y cuasiexperimental, tenía como objetivo enseñar más y mejor con la idea de aumentar la capacidad de producción científica y tecnológica de la sociedad.  Esta investigación ha producido enorme cantidad de datos sobre múltiples factores que inciden en los procesos de enseñanza. Sin embargo, esta profusión de datos no vino acompañada de una organización sistemática de sus interpretaciones en el sentido de elaborar modelos conceptuales consistentes y construir modelos teóricos para su uso en la enseñanza y en el aprendizaje de las ciencias. El debate se centra en dos grandes aspectos: 1) en el que se considera la importancia de la enseñanza de las ciencias para la formación del hombre, capaz de mejorar su calidad de vida, y para la formación de científicos y tecnólogos capaces de trabajar para la superación de las diferencias existentes entre los pueblos; 2) en la necesidad de determinar las tendencias predominantes para explicar el aprendizaje y sus consecuencias.

En este cuadro, los problemas de aprendizaje y el rechazo de los alumnos por las ciencias, producen un movimiento de crítica hacia los enfoques estadísticos para la investigación educativa. Se comienza a valorar variables mediadoras del proceso, los significados construidos por profesores y alumnos, la investigación-acción, y se proponen metodologías cualitativas y de estudios de caso con enfoque holístico y situacional.

Si el modelo proceso-producto considerado tenía una clara visión comportamentalista-conductista, desde la psicología cognitiva surgen tentativas de cambio. La “crisis” de la racionalidad científico-técnica provoca la aparición de una visión teórica fenomenológica del objeto de estudio, con claro enfoque epistemológico y una concepción más relativa del conocimiento, con metodologías psicológicas y pedagógicas cualitativas.

En los años ochenta, la enseñanza de las ciencias para todos los ciudadanos tiene como objetivo democratizar su uso social y político, y facilitar el aprendizaje significativo en los alumnos. Se da entonces el despliegue de la investigación en Didáctica de las Ciencias en muchos países, en particular de Europa y América Latina, así como la aparición de numerosas revistas: European Journal of Science Education, Enseñanza de las Ciencias, Revista Brasileira de Física, Science and Technological Education, Science & Education, Investigações em Ensino de Ciencias, etc.

En los últimos cincuenta años, el “problema” educativo de las ciencias ha estado directamente relacionado con los cambios de tipo económico, político, social y filosófico, que han marcado este período. Los modelos teóricos que hoy se encuentran para representar el proceso de enseñanza y de aprendizaje de las ciencias están fuertemente, quizás excesivamente, vinculados a reflexiones epistemológicas, psicológicas y pedagógicas, y muy raramente relacionados con los contenidos disciplinares específicos. Si la línea epistemológica aboga por la utilización de la historia de las ciencias como forma de encarar la enseñanza desde el ángulo de la construcción del conocimiento, la línea psicológica procura describir las concepciones previas de los alumnos, sus características y los procesos por los cuales se producen y evolucionan, en tanto que la línea pedagógica plantea la estructura y la dinámica de la comunicación en el aula de ciencias, o sea, cómo enseñar.

La enseñanza y el aprendizaje de las ciencias son procesos que han estado siempre en una encrucijada, ya que si por un lado tienen como objetivo de estudio la educación científica, con fuente en el conocimiento específico generado por la comunidad científica de las ciencias experimentales, por otro lado se desarrolla en sistemas humanos, o sea, en el ámbito de las ciencias sociales. El contraste epistemológico entre las ciencias experimentales, que suelen basarse en el rigor, objetividad y universalidad atribuido al método científico-experimental, y las ciencias sociales, que trata de las relaciones humanas, es evidente.

La imagen de la ciencia se ha visto a menudo simplificada y distorsionada y en pocos años, la racionalidad y objetividad del conocimiento científico ha dejado de ser una fuerza positiva. Esto ocurre incluso cuando se ha demostrado que el ritmo de beneficios sociales, directamente vinculado con la inversión en investigación y desarrollo, es muy alto. Pasamos de una visión de la ciencia “liberadora de los espíritus”, a un “rechazo de la razón y el orden como prisioneros del espíritu”. En este sentido, los enfoques hoy dominantes en la investigación didáctica de las ciencias, aún no son capaces de dar respuestas capaces de resolver los problemas de la enseñanza y del aprendizaje de las ciencias, con los que se enfrentan profesores y alumnos.

Tabla 2 – Evolución histórica de la educación en ciencias

3. Teorías de Aprendizaje

Para Santostefano (1985), aprender “implica manejar simultáneamente la información que proviene del mundo externo, los significados extraídos de la experiencia y las emociones para adquirir un conocimiento nuevo”. En esta definición se hace referencia a dos procesos cognitivos amplios: a) manejar simultáneamente la información que proviene del mundo externo y la que proviene del mundo interno y b) transformar la información, esto es simbolizarla para darla un significado. Por otro lado, conforme el diccionario de la Real Academia Española, aprender significa “adquirir el conocimiento de alguna cosa por medio del estudio o de la experiencia” y aprendizaje es “la acción y efecto de aprender”.

En este sentido una "teoría del aprendizaje" tiene que ofrecer una explicación sistemática, coherente y unitaria de lo que es el aprendizaje, cómo funciona y porqué. ¿Cómo se aprende?, ¿Cuáles son los límites del aprendizaje?, ¿Porqué se olvida lo aprendido?. Cada teoría del aprendizaje existente, representa la manera de interpretar estas cuestiones por el autor y representa una forma particular de ver e interpretar.

Las teorías se construyen teniendo como base las relaciones entre conceptos y principios en los que se sustenta, o lo que es lo mismo, en un sistema conceptual y en una visión del mundo, o filosofía, adoptada por el autor, aunque algunas veces no quede muy clara. Los conceptos no se encuentran aislados, más bien se encuentran relacionados en sistemas de significados que presentan frecuentemente una estructura jerárquica de conceptos subordinados y supraordenados en un sistema conceptual.

Al hablar de aprendizaje podemos destacar tres tipos: 1) aprendizaje cognitivo que enfoca el acto de conocer, o sea, la cognición; 2) aprendizaje afectivo que se refiere a las experiencias tipo placer y dolor, satisfacción o no, alegría o tristeza; y 3) aprendizaje psicomotora, que trata de las respuestas adquiridas a través del entrenamiento y la práctica. En realidad, el término “teoría del aprendizaje” ha sido usado sin mucho rigor para identificar diferentes teorías que, algunas de ellas, ni siquiera se ocupan directamente de esta cuestión.

Además, en el caso de las teorías de aprendizaje, son tres las filosofías subyacentes: la comportamentalista –behaviorista-, la humanista y la cognitivista –constructivista-. Si en el mundo behaviorista el aprendizaje se mide por comportamientos observables en las respuestas que se dan a los estímulos, en la concepción cognitivista el aprendizaje se valora por la forma como el hombre conoce al mundo, o sea, en el acto de conocer, y en la filosofía humanista lo que realmente importa es la persona que aprende vista como un todo: sentimientos, pensamientos y acciones, no solo intelecto.

El modelo behaviorista, en uso durante bastante tiempo, fue desapareciendo a medida que se observaba que las propuestas que presentaba el educador no siempre significaban un estímulo para todos los alumnos, y tampoco todos los alumnos producían el tipo de respuesta que se esperaban. El conductivismo no explicaba cómo aprendían los alumnos y esto llevó al desarrollo de las ideas cognoscitivas del aprendizaje.

3.1. Un poco sobre el constructivismo

La gran diversidad de los modelos constructivistas, de orientación cognoscitiva, en lo que se refiere sus orientaciones epistemológicas queda muy evidente cuando se consideran los aspectos relacionados con la experiencia del alumno como fuente de nuevos conocimientos. Osborne (1996), destaca que en los modelos constructivistas no se establecen criterios que permitan ordenar o incluso superar las dificultades de los alumnos relacionadas con los contenidos específicos de ciencias.

Estas teorías constructivistas a menudo proporcionan explicaciones e incluso descripciones sensiblemente diferentes, y a veces contrapuestas del qué y el cómo de los procesos de construcción. Y no solamente esto, sino que además, son teorías parciales que centran la atención en determinados aspectos o factores del desarrollo y del aprendizaje, en detrimento de otras. Algunos ejemplos bien conocidos, las explicaciones del desarrollo y el aprendizaje de una buena parte de teóricos del procesamiento de la información, pueden calificarse, en muchos aspectos, de constructivistas. Así mismo, discrepan en muchos puntos y ninguna proporciona, por ella misma, una visión integradora del desarrollo y del aprendizaje humanos suficientemente satisfactoria.

Pese a todo, el constructivismo es, en las últimas décadas, el movimiento dominante en la educación en general, y en particular en las investigaciones sobre enseñanza-aprendizaje de las ciencias. Quizás el principal impacto de las orientaciones constructivistas esté en que antes la atención se dirigía hacia los métodos de enseñanza, entendidos como técnicas capaces de enseñar con eficacia, nunca para los procesos de aprendizaje, y como dice Villani (1992), el aprendizaje tiene que ser el resultado de “un encuentro de subjetividades que entran en resonancia afectiva y cognitiva objetivando una meta, posible o utópica”.

Es necesario entender el uso del constructivismo en la educación como un movimiento heterogéneo con diferentes visiones del aprendizaje. Estas van desde la psicología personalista de Kelly al interaccionismo de Vygotsky, pasando por contribuciones de la epistemología genética de Piaget, de la filosofía de las ciencias, de la sociología del conocimiento, de la psicología ausubeliana y de la psicología cognitiva, fundada en la inteligencia artificial o en el procesamiento de la información.

“No existe un método constructivista. Existen teorías y metodologías constructivistas consistentes con la postura filosófica constructivista”. (Moreira, 1999)

Desde hace varios años vienen haciéndose diversas críticas a las teorías de cuño  constructivista para la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias, con relación a los siguientes aspectos:

1)    La poca claridad de la epistemología que subyace en algunos trabajos.

2)    El exceso de énfasis dado a los aspectos individuales de la cognición en perjuicio de factores sociales y de comunicación.

3)    La pretensión de universalizar los principios y los mecanismos generales del aprendizaje.

4)    El enfoque centrado casi exclusivamente en aspectos conceptuales de la ciencia sin ningún tipo de enseñanza orientada a aplicaciones.

O sea, como cualquier teoría, el constructivismo en el campo de las ciencias tiene sus límites. De todas formas, aunque hay muchos críticos, la imagen de que el conocimiento se construye de forma activa por el “aprendiz” y no es sólo transmitido por el profesor y aprendido pasivamente por el alumno, hace parte del discurso no solo de los investigadores sino también de muchos profesores de todas las áreas.

Las revistas especializadas han publicado un elevado número de trabajos en esta línea y puede que sea, por falta de otro mejor, el modelo más aceptado. En este sentido, de forma resumida, presentamos tres teorías de aprendizaje: cambio conceptual, aprendizaje significativo y modelos mentales, con este enfoque.

3.2. Cambio conceptual

Con los trabajos de Viennot (1979) se inició un conjunto de líneas de investigación tendentes a esclarecer qué piensan y cómo piensan los estudiantes de ciencias.  Estas líneas de investigación, que se centraron en los errores conceptuales y las ideas intuitivas de los alumnos, no alcanzaron unanimidad sobre su denominación: errores conceptuales; esquemas conceptuales; concepciones alternativas; preconceptos; ideas previas; concepciones espontáneas, etc. Aunque reflejan posiciones epistemológicas diferentes, presentan un hecho común, como es que cada alumno tiene una estructura cognoscitiva elaborada a partir de su experiencia diaria y su conocimiento anterior, con lo cual explica y predice los fenómenos que observa.

En el aprendizaje de las ciencias, a partir de finales de los setenta, el  esfuerzo del movimiento constructivista se dirigió a la investigación para determinar los contenidos del conocimiento previo de los alumnos sobre fenómenos y procesos naturales, así como a las interacciones de esas concepciones espontáneas con los conceptos y teorías científicas que se enseñan[4]. La gran cantidad de datos reunidos contribuyó a un aparente consenso sobre los caminos de la investigación en esta línea, aunque presentaban muchas y diferentes orientaciones e inspiraciones teóricas.

El enfoque que proponen los investigadores del “cambio conceptual” es incentivar y provocar el cambio de conceptos, ideas o representaciones previas que tienen los alumnos, en conceptos, ideas o representaciones aceptadas por la comunidad científica.

Posner et al. (1982) dan nombre al modelo teórico que concibe el aprendizaje, formulan su concepción sobre el cambio conceptual y describen las condiciones necesarias para el mismo, como un cambio paradigmático en el sentido de Kuhn. Aprender significativamente el contenido formal de las ciencias equivale a sustituir un paradigma, como el de las ideas intuitivas, por otro nuevo que ha de ser capaz de explicar hechos y resolver problemas que el anterior no lo hace. En este modelo procuran explicar el proceso de aprendizaje de las ciencias, tratando el origen y las características de las ideas intuitivas, fruto de sus actividades anteriores, de su resistencia al cambio y de la interferencia que causan en el aprendizaje. El aspecto central del modelo analiza el proceso de aprendizaje como una interacción entre las ideas previas del alumno y la nueva información, tratándose este proceso como una actividad racional de cambio conceptual, de forma similar a la investigación científica.

“La existencia de graves errores conceptuales, difíciles de erradicar, no permite plantear la enseñanza como si el alumno partiera de cero, sin considerar la estructura cognoscitiva preexistente” (Astolfi, 1978). El hecho de que los alumnos tengan ideas intuitivas se acepta desde diferentes posiciones (Piaget, 1965; Ausubel, 1968; Kelly, 1971), desde la psicología constructivista (Driver, 1981), desde los resultados de las investigaciones sobre sus características (Osborne y Wittrock, 1983) o desde investigaciones transculturales (Viennot, 1979). Ante la evidente persistencia de las ideas previas de los alumnos, diversos autores plantearon la búsqueda del cambio conceptual como punto de partida de las posiciones constructivistas (Driver, 1988; Nussbaum y Novick, 1982; Duit, 1996).

Aunque la existencia de ideas previas en el conocimiento científico está comprobada, la visión optimista sobre este camino para las investigaciones empezó a enfrentar problemas al no conseguir producir evidencias sobre el cómo promocionar los cambios conceptuales en los conocimientos científicos. El aspecto tan amplio de la expresión “cambio conceptual” reunió significados y orientaciones para la enseñanza diferentes, incluso incompatibles (Aguiar Jr. e Filocre, 1997), así como discrepancias respecto a la efectividad de una enseñanza-aprendizaje de las ciencias basada en dichas ideas para el cambio conceptual (Hewson y Hewson, 1984; McClelland, 1984).

3.3. Aprendizaje significativo

En la década de los 70, las propuestas didácticas se enfocaban sobre el Aprendizaje por Descubrimiento y las experiencias se orientaban a que los alumnos construyeran su conocimiento a través del descubrimiento de contenidos. David P. Ausubel (1968) aborda el fenómeno de la adquisición de los conceptos y acuña la expresión Aprendizaje Significativo en contraste con el Aprendizaje Memorístico, dejando claramente establecido que la información constituye una condición esencial para la adquisición de conocimientos. Ausubel plantea que el aprendizaje del alumno depende de la estructura cognitiva[5] previa que se relaciona con la nueva información. No sólo se trata de saber la cantidad de información que posee, sino cuáles son los conceptos y proposiciones que maneja, y su grado de estabilidad.

Los principios de aprendizaje propuestos por Ausubel, ofrecen el marco para el diseño de herramientas metacognitivas que permiten conocer la organización de la estructura cognitiva del educando, lo cual permitirá una mejor orientación de la labor educativa. Esta ya no se verá como que el aprendizaje de los alumnos comience de "cero", sino que, los educandos tienen una serie de experiencias y conocimientos que afectan su aprendizaje y pueden ser aprovechados para su beneficio. Ausubel resume este hecho en el epígrafe de su obra con la frase: "Si tuviese que reducir toda la psicología educativa a un solo principio, enunciaría este: El factor más importante que influye en el aprendizaje es lo que el alumno ya sabe. Averígüese esto y enséñese consecuentemente".

Esta teoría se centra en la asimilación, a través de la instrucción, de conceptos construidos a partir de la experiencia de la interacción con el entorno. Cada nueva interacción de un sujeto (aprendiz) con otro, implica que fluyen informaciones que obligan a reorganizar el conocimiento ya adquirido. El aprendizaje significativo se caracteriza porque crea estructuras cognitivas nuevas a partir de la interacción entre los conceptos nuevos (nueva información) con lo que el alumno ya sabe (ideas previas).

El aprendizaje significativo ocurrirá cuando una nueva información "se conecta" con un concepto relevante ("subsunsor") preexistente en la estructura cognitiva, esto implica que las nuevas ideas conceptos y proposiciones pueden ser aprendidos significativamente en la medida en que otras ideas, conceptos o proposiciones relevantes estén adecuadamente claras y disponibles en la estructura cognitiva del individuo y que funcionen como un punto de "anclaje" a las primeras. O sea, requiere un esfuerzo deliberado para relacionar los nuevos conocimientos con conceptos más inclusivos ya existentes en la estructura cognitiva de modo no arbitrario y sustancial (no al pie de la letra) con lo que el alumno ya sabe.

Este tipo de integración requiere cumplir dos condiciones: que la información nueva esté compuesta por elementos organizados en una estructura y que la estructura cognitiva del alumno contenga ideas inclusoras, esto es, ideas con las que pueda ser relacionado el nuevo material. En este sentido, a pesar de que los significados son siempre una construcción individual, la mayor parte de ellos se reciben, no se descubren. Es importante destacar que el aprendizaje significativo no es la "simple conexión" de la información nueva con la ya existente en la estructura cognoscitiva del que aprende, por el contrario, involucra la modificación y evolución de la nueva información, así como de la estructura cognoscitiva envuelta en el aprendizaje.

Así pues, las representaciones son más simples que los conceptos, mientras que las proposiciones son más complejas que estos, ya que por definición, una proposición es la relación entre varios conceptos. La teoría del aprendizaje de Ausubel hace sobresalir la importancia de los conceptos en el aprendizaje. Lo más importante son los conceptos particulares que se hallan en la estructura cognitiva del alumno.

Probablemente, no existe profesor que no haya escuchado alguna vez la expresión del Aprendizaje Significativo. Sin embargo, hay que reconocer que son pocos quienes tienen claro a qué se refiere. Diversas opiniones a fuerza de repetición se convierten en mitos, que lejos de explicar la expresión, constituyen distractores sobre la esencia del trabajo docente. En este sentido, la teoría de Aprendizaje Significativo creemos que también tiene sus mitos:

Primer mito:

El aprendizaje significativo se da cuando el alumno "se divierte" aprendiendo.

No necesariamente. Han existido muchos intentos de integrar experiencias lúdicas en varios niveles educativos, sin embargo, los alumnos no siempre aprenden más que aquellos que reciben otro tipo de clases. Debemos buscar que los alumnos se diviertan, claro está, pero nuestro trabajo no es solo el entretenimiento.

Segundo mito:

El aprendizaje significativo se da cuando los contenidos se ofrecen "adaptados" a los intereses del alumno.

No necesariamente. ¿Quién puede asegurar lo que realmente les interesa a sus alumnos? ¿Acaso debemos renunciar a un contenido porque éste no resulte atractivo a nuestros alumnos? El profesor debe intentar buscar el interés del alumno en el contenido, pero esto no basta. La mayoría de nuestros alumnos están interesados en aprender determinados conocimientos, que sin embargo, sabemos que estos no son suficientes.

Tercer mito:

El aprendizaje significativo se da cuando el alumno "quiere aprender".

Tampoco es exacto. Si pensamos en las caras de nuestros alumnos el primer día de clase, con toda seguridad podemos afirmar que la gran mayoría, aún aquellos que han fracasado anteriormente, llegan con ilusión de empezar bien el curso y aprender. Sin embargo, el tiempo nos confirma nuevamente que esta buena voluntad no es suficiente.

Cuarto mito:

El aprendizaje significativo se da cuando el alumno "descubre por sí mismo" aquello que ha de aprender.

No me parece verdadero. No todo lo que el alumno aprende lo hace por descubrimiento, ni todo lo que el alumno "descubre" es aprendido por él. En condiciones apropiadas cualquier tipo de aprendizaje puede ser igualmente eficaz.

Quinto mito:

El aprendizaje significativo se da cuando el alumno "puede aplicar" lo aprendido.

La implicación es poco exacta. Más bien se debería afirmar que si el aprendizaje es significativo, es posible transferirlo. De otra manera, no afirmamos nada sobre el proceso de aprendizaje y por lo tanto no podemos orientar nuestra práctica.

3.4. Modelos mentales

En la falta física de algún elemento del mundo exterior o de nuestro mundo interior, Eisenck y Keane (1990) definen como una “representación” a toda forma, notación, señal o conjunto de símbolos, capaz de “re-presentar” ese elemento en nuestra imaginación. Además, dividen las representaciones en: “externas” cuando se manifiestan en forma de mapas, diagramas, dibujos, manuales, descripciones escritas o simplemente representaciones pictóricas o lingüísticas; e “internas” o representaciones mentales cuando se “re-presenta” internamente el mundo exterior. O sea, las personas construimos directamente representaciones mentales de todo aquello que observamos en el mundo exterior. El estudio de estas representaciones se constituye en uno de los temas más polémicos de la psicología cognitiva: “la comprensión del sistema cognitivo humano pasa necesariamente por el entendimiento de las propiedades funcionales y estructurales del formato de nuestros pensamientos”. (Moreira, 1999).

Como los modelos son representaciones únicas de cada persona y surgen, se modifican y se desarrollan a través de la interacción con un sistema determinado, una vez construidos los modelos, los utilizamos para interpretar la realidad de tal modo que cuando desarrollamos nuevos contenidos en nuestra memoria[6] lo que hacemos es construir a partir de esos modelos. Los modelos se construyen haciendo suposiciones y son válidos hasta que alguna afirmación o nuevo acontecimiento nos lo hace insostenible, inconsistente. También de los modelos se pueden generar inferencias que emergen del propio modelo construido, de tal modo que su validez se fija en función del modelo y no de la realidad.

La noción de modelos juega un papel trascendental en las ciencias, ya que aunque sean los científicos los que producen los modelos aceptados como científicos, las personas también lo hacen bajo su perspectiva.

Algunos referenciales constructivistas que han orientado las investigaciones en nuestro campo, adoptan las teorías que centran el estudio de la cognición en la construcción de representaciones mentales proposicionales y analógicas, dentro del ámbito cognitivo más computacional. Recientemente, han cobrado fuerza creciente referenciales teóricos más próximos a ese subparadigma computacional en Psicología Cognitiva, como es la Teoría de los Modelos Mentales de Johnson-Laird (1983).

Durante unos 20 años, la investigación en Didáctica de las Ciencias se centró, fundamentalmente, en las ideas previas y en el cambio conceptual, y tan solo en los últimos diez años los Modelos Mentales e Imágenes están orientando algunas investigaciones. Muchos de estos estudios sugieren la relevancia y potencialidad de estos constructos para realizar investigaciones en este campo: la enseñanza de las ciencias se podría centrar en la cuestión de comunicar un modelo mental.

Derivada de la psicolinguística, la teoría de los modelos mentales de Johnson-Laird es un constructo para la Didáctica de las Ciencias que sirve de intermediario entre el individuo y el mundo. Enfoca el análisis en las representaciones de carácter analógico, de tal modo que todo lo que percibe el ser humano se procesa y se transforma utilizando el conocimiento que posee, generando una interpretación indirecta de la realidad, un modelo mental.

Si por un lado los modelos conceptuales son representaciones precisas, consistentes y completas de los sistemas físicos que se proyectan como herramientas para la comprensión y para la enseñanza de estos sistemas, los modelos mentales son modelos que las personas construyen para representar estados físicos, y casi nunca son precisos, ni consistentes, ni completos. Sin embargo, a pesar de que se modifican naturalmente y están limitados al conocimiento previo y a la estructura de procesamiento de la información del sujeto, deben ser capaces de explicar y predecir el sistema físico.

Los modelos conceptuales son construidos por las personas que usan modelos mentales para facilitar la comprensión de sistemas físicos por parte de otras personas que también utilizan modelos mentales. En el caso de los profesores de ciencias que “enseñan” modelos conceptuales con el objeto de que el alumno sea capaz de construir modelos mentales consistentes, cabe al profesor crear materiales y estrategias instruccionales capaces de hacer que los alumnos comprendan los modelos conceptuales asociados a los sistemas físicos y facilitar la construcción de un modelo mental adecuado. Los modelos conceptuales funcionan como un medio de ayuda para la construcción de modelos mentales capaces de explicar y predecir de acuerdo con el conocimiento de una determinada área. Moreira, (2000b) afirma que: “Para identificar modelos mentales de otras personas es preciso tener un modelo mental, es decir, un modelo conceptual de modelo mental”.

Es posible que el proceso de “evolución” de los referentes teóricos, en la forma de entender el proceso de aprendizaje de las ciencias, se pueda representar como una secuencia que va de las

concepciones alternativas

¯

cambio conceptual

¯

modelos mentales

y que tenga en estos últimos un referente más prometedor, muy particularmente para la Astronomía donde los modelos conceptuales son determinantes y están muy bien estructurados.

Lo ideal sería una relación directa y simple entre el modelo conceptual y el modelo mental, sin embargo, esto en Astronomía no suele ocurrir, sobre todo en función de los aspectos religiosos y místicos que impregnan el modelo previo de los alumnos y que dificulta la construcción de modelos mentales científicamente correctos. De todas formas, los estudios sobre modelos mentales pueden constituirse, a corto plazo, en una fuerte línea de investigación.

4. Teorías de enseñanza

Según el diccionario, enseñar es sinónimo de instruir y se confiere a ambos términos el significado de: comunicar sistemáticamente ideas, conocimientos o doctrinas y  dar advertencia, ejemplo o escarmiento que sirve de experiencia y guía para obrar en lo sucesivo. Por lo tanto, los métodos de enseñanza tienen que hacer referencia a las formas o maneras de llevar a cabo estas dos actividades. O en otros términos, se referirán a la forma de generar una experiencia que posibilite la obtención de un conocimiento, en sentido amplio, que podrá ser aplicado en el futuro.

El acto de enseñar implica procedimientos y por ello requiere el uso de conocimientos relacionados con ellos. Desde el campo teórico de la educación se han venido divulgando esquemas conceptuales para desarrollar las programaciones de los contenidos de la enseñanza a partir de la reflexión que representa el intento de organizar la práctica de la docencia. Un primer paso para mejorar la calidad de la enseñanza, es el planteamiento de una serie de problemas teóricos que posibiliten llevar a cabo una planificación didáctica apoyada lo mejor posible en presupuestos científicos, pero considerando un cierto componente de indeterminación impuesto por la propia actividad docente y los procesos que intervienen en su realización.

Otro aspecto a considerar es que con la aplicación de la Psicología, la Sociología, etc., a los problemas educativos y el cómo estas pueden mejorarlos, se ha elaborado un cuerpo teórico intenso, aunque de validez discutible, ya que en muchos casos contrastan con la práctica docente. Particularmente significativo es el vínculo entre las teorías de aprendizaje y las teorías de la enseñanza, ya que si por un lado las teorías del aprendizaje son teorías cognitivas de naturaleza descriptiva, las teorías de enseñanza son de naturaleza prescriptiva y se proponen especificar las condiciones para optimizar el aprendizaje.

Esta diferente naturaleza teórica ha provocado tanto el aislamiento y la separación entre ambos campos, como la reducción del segundo al primero, haciéndose para eso referencia casi exclusiva a la selección y organización del contenido curricular. Frecuentemente se ha tratado a la enseñanza como el objeto de una traslación directa de los principios generales de la investigación psicológica sobre el aprendizaje. En el campo de la enseñanza no han crecido las teorías adecuadas a la enseñanza de las ciencias y la colaboración de la Psicología no ha pasado de eso, una simple colaboración.

Muchas de las críticas hechas al constructivismo pedagógico se refieren a las relaciones entre teorías de aprendizaje y la formulación de estrategias y modelos de enseñanza. Millar (1989) defiende la idea de que un modelo constructivista de aprendizaje no tiene como consecuencia lógica un modelo constructivista de enseñanza, y el hecho de que las personas aprendan cosas nuevas a partir de sus concepciones previas, no obliga al mismo enfoque en la enseñanza de un cierto contenido. Esto puede ser, en algunos casos, ineficiente e inadecuado.

Ogborn (1997) también critica el constructivismo por descontextualizar la metáfora de la construcción de significados en perjuicio de cualquier otra metáfora, como puede ser el contar, exponer, ver, descubrir. Osborne (1996) dice que “aunque las investigaciones con enfoque constructivista ofrecen un buen repertorio al profesor, no explican el proceso de enseñanza como un todo, ya que los procedimientos de enseñanza deberían tener un amplio y variado espectro de estrategias que resolviesen las necesidades que surgen por los varios estilos de aprendizaje de los alumnos”.

Sacristán (1985) afirma: “La programación de la enseñanza no es, pues, sino algo elemental como prever lo anticipado a la acción docente a desarrollar, debidamente fundamentada: Saber qué se hará, cómo y porqué. Y eso supone tres operaciones: explicitar aquello que se va a realizar, ordenar los elementos que intervienen en el proceso y justificar científicamente las decisiones que se toman”. El proceso didáctico añade elementos, como pueden ser los materiales didácticos, los contenidos científicos, las relaciones entre alumnos, la relación alumno y profesor, los procedimientos de evaluación, etc., elementos que interaccionan y se condicionan mutuamente, con lo cual los resultados son la consecuencia de las complejas relaciones entre ellos.

5. Consideraciones finales

Así pues, la programación científica de la enseñanza exige unos fundamentos, una clarificación de los elementos intervenientes, un conocimiento de las interacciones que se desencadenan cuando interaccionan, y una teoría de la propia práctica de la enseñanza que ordene coherentemente todo ello.

Se trata de formular modelos de enseñanza, orientaciones didáctico-metodológicas coherentes y consistentes con determinadas teorías de aprendizaje y del conocimiento. El modelo se diferencia de un método o de una técnica de enseñanza, una vez que presupone flexibilidad con relación a los medios o a las estrategias de acción y de reflexión continua sobre los principios que orientan la práctica pedagógica. En un campo tan complejo como el de la educación, es fundamental basarse en alguna teoría para que no nos perdamos en un montón de datos sin significado. Sin embargo, también es preciso que seamos más rigurosos con las teorías, tener conciencia de sus límites, de sus posibilidades y, principalmente, de sus relaciones con otras teorías y resultados de investigaciones. En vez de pretender encontrar una mega-teoría para la práctica pedagógica y para la investigación, debemos buscar una teoría del conocimiento y del aprendizaje que den respuestas a los problemas que se encuentran en las clases.

Para Ogborn (1988), la dimensión epistemológica juega un papel muy importante en la enseñanza de las ciencias ya que es ella la que puede responder: ¿Cómo sabemos lo que sabemos?. Para responder esta pregunta hay que valorar el conocimiento científico, las evidencias que se nos presentan para nuestra visión de mundo, y el constante movimiento de las teorías científicas que están adaptándose constantemente a la realidad, haciendo previsiones de nuevos acontecimientos, produciendo nuevas tecnologías, etc. El valor de las ciencias se observa en la variedad de métodos y prácticas que legitiman sus resultados. Según Matthews (1994) y Osborne (1996), las ciencias traspasan los límites de la racionalidad técnica y quizás sea esta racionalidad el elemento que permite comprender el alcance y el valor de esta “construcción humana.”

En los últimos treinta años, los intentos que buscan un modelo teórico que facilite y guíe a los docentes en el proceso de planificación y desarrollo de la acción, han sido muchos y muy variados, sin embargo, no podemos contar con ninguna teoría estructural de la enseñanza de las ciencias. La construcción de una teoría en este sentido tendría que considerar:

1.  La existencia de las diferencias individuales en modos de conocer, lo que significa considerar el perfil de controles cognitivos de los alumnos, teniendo en cuenta que estos perfiles no cambian a través de estadios relativamente fijos, sino que están al servicio de la intención adaptativa que guíe al individuo.

2.  Que el alumno es activo en la construcción de su conocimiento y para ello activará su mundo personal de significados.

3.  Que el binomio enseñanza-aprendizaje es un proceso activo, fluido, en el que dos o más individuos interactúan en momentos evolutivos distintos de cada uno de ellos, por lo que corresponderá al más experto, el profesor, ajustar la forma de presentar los contenidos al perfil de controles cognitivos de sus alumnos y al suyo propio, graduando las tareas según el nivel de simbolización de partida.

4.  El currículum, en lo que se refiere a destrezas cognitivas a conseguir (niveles de organización de los controles cognitivos), no tiene por qué ser el mismo para todos.

En fin, aunque la enseñanza se planifique para buscar el aprendizaje, este no se agota en ella, y una teoría de enseñanza tampoco puede agotarse en la teoría del aprendizaje, aunque necesite de ella. Por eso, si el aprendizaje es la meta, es el docente quien debe atribuir el significado real a la enseñanza, y decidirá quien debe manejar y adecuar las estrategias de enseñanza y los instrumentos para un aprendizaje. Es él quien debe contextualizar el aprendizaje.

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